车床支架机械加工工艺与夹具设计论文.docx
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车床支架机械加工工艺与夹具设计论文
网络教育学院
本科生毕业论文（设计）
题目：
车床支架机械加工工艺与夹具设计
学习中心：
奥鹏学习中心[2]
层次：
专科起点本科
专业：
机械设计制造与其自动化
年级：
2012年春季
学号：
5
学生：
于杰
指导教师：
于静
完成日期：
2013年12月29日
容摘要
本篇论文中共涉与两个部分，第一，是车床支架的机械加工工艺；第二，是机床夹具的设计。
在生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程，成为工艺过程。
工艺过程是生产过程的重要组成部分。
本篇论文完成了对年产2000件车床支架零件工艺规程的设计，并且填写车床支架零件的工艺过程卡片。
选定钻孔和锪孔工序进行了夹具的总体装配和夹具体的设计。
首先，结合零件的各项技术要求，拟订工件的定位、夹紧方案；然后根据夹具设计原则以与夹紧力和夹紧点的确定原则进行局部零部件和夹具体的设计；最后，校核该夹具的精度。
关键词：
机械加工；加工工艺；夹具；夹紧力
引言
在机械加工行业中车床被认为是所有设备的工作“母机”。
车床主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件，以圆柱体为主,在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。
是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床。
铣床和钻床等旋转加工的机械都是从车床引伸出来的。
机床是人类进行生产劳动的重要工具，也是社会生产力发展水平的重要标志。
普通机床经历了近两百年的历史。
随着电子技术、计算机技术与自动化，精密机械与测量等技术的发展与综合应用，生产了机电一体化的新型机床一一数控机床。
数控机床一经使用就显示出了它独特的优越性和强大生命力，使原来不能解决的许多问题，找到了科学解决的途径。
在我国制造业中，数控机床的应用也越来越广泛，是一个企业综合实力的体现。
但是不管机床怎么发展，机械加工中仍然少不了夹具工装的使用。
研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85％左右。
现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。
然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂，里约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3~4年就要更新50~80％左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10~20％左右。
特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统、（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：
1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产周期，降低生产成本；
2）能装夹一组具有相似性特征的工件；
3）能适用于精密加工的高精度机床夹具；
4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；
5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；
6）提高机床夹具的标准化程度。
1绪论
机械加工工艺规程是指导生产的重要技术性文件，它直接关系到产品的质量、生产效率与其产品所产生的经济效益，因此工艺规程编制的好坏是生产该产品的质量的重要保证和主要依据，在编制工艺时须保证其合理性、科学性、完善性。
夹具设计是为了保证产品的质量的同时提高生产效率、改善工人的劳动强度、降低生产成本，所以，在大批量生产中，常常采用专用夹具。
同时，使用夹具还有助于工人掌握复杂或精密零件的加工质量与解决较为复杂的工艺问题等，因此，机床夹具在机械制造行业中占有十分重要的地位。
在这次的毕业设计中，将会使用到这几年所学的所有知识，是这些知识的整合运用，也会使这些知识在这次设计中融会贯通，希望可以通过这次设计锻炼自己的分析、解决问题的能力，为义工的工作奠定良好的基础。
本次设计的题目是“车床支架机械加工工艺与钻孔夹具设计”。
在做这个设计题目过程中，涉与了很多工艺规程设计方面的知识。
本次的设计任务是：
制定一给定的零件（车床支架）的机械加工工艺与就加工该零件的某一道工序（钻孔）的夹具设计。
设计容包括：
毛坯零件综合图一；
夹具装配图1；
夹具体图1；
工序卡的编订、绘制；
论文1份；
2工艺规程设计
2.1年生产量和批量的确定
1）已知生产纲领：
2000件／年，
年生产量=生产纲领
每台件数
（1%储备量）
（1%废品率）
＝2000
1
（1+0.01）
（1+0.01）
=2041件
月产量=年产量／12=170件（其中一个月生产171件）
日产量=月产量／25.5=7.56=8件
2）生产类型的确定：
查工艺人员手册，年产量2000件的属于中批生产。
3）批量的确定与生产间隔期
在一个零件总的加工时间与最长工序时间确定的情况下，批量和生产间隔期相互制约，批量越大，生产间隔期越长，生产率高，但资金周转慢，批量越小，生产间隔期短，资金周转快，但生产率低，所以要同时兼顾二者。
批量的确定：
除了要考虑生产间隔期外，还要考虑车间毛坯仓库的面积，如批量大，则占用车间面积过大，资金投入大，周转慢，反之，如批量小，则毛坯的供给满足不了加工需要，则出现停工，以至于设备的闲置，工人的浪费。
考虑到以上的种种因素，定的批量时间为2天。
2.2零件分析
1．
零件作用：
本零件作为支架用零件如图一所示。
2．零件材料：
本零件材料为HT20-40。
3．零件热处理要求：
由于本零件为铸件，需要进行时效处理。
4．零件技术要求：
本零件需加工的表面为：
A面、C面、F面、D面、E面、L孔、B孔、G孔、H孔。
其中L孔，
图2-1车床支架零件示意图B孔不但本身尺寸精度、表面粗糙度有较高要求，而且位置精度也有一定要求。
（详
细见附图2-2车床支架毛坯零件综合图）
图2-2车床支架零件图
5．零件结构特点：
对称性较好。
6．加工出该工件所用的加工方法主要有：
铣削加工，钻、锪、扩、铰削加工。
7．零件设计基准：
分析得知，其设计基准是A面、C面。
2.3毛坯余量和加工余量的确定
1）毛坯的选择
由于零件是中批生产，故优先考虑锻、铸件，可提高生产率，降低成本，
又考虑到零件的力学性能、形状与大小，故采用铸件。
2）毛坯余量和加工余量的确定
加工余量的大小不仅直接影响毛坯尺寸，而且影响到工艺装备（夹具等）的尺寸，设备的调整，切削用量的选择，材料消耗工艺定额和加工工时定额等。
如果余量留大了，既浪费材料又浪费工时、工具和动力；如果留小了，由于加工过程中的应力变形和热变形等影响，可能会由于余量不足而导致工件报废，因此，在设计工艺规程时确定合理的加工余量是十分重要的。
机械加工中毛坯尺寸与其零件尺寸之差，称为毛坯余量，加工余量的大小，取决于各加工过程中各个工序应切除的金属层总和，以与毛坯尺寸与规定的公称尺寸间的偏差值。
毛坯余量的确定：
根据毛坯的铸造精度，铸件最大尺寸，该面的公称尺寸，与该面在砂箱中所处的位置，可由《金属机械加工工艺人员手册》中查出。
但在本次设计中，毛坯余量由各工序切削余量计算出。
每道工序中切去金属的厚度就是该道工序的加工余量。
加工余量的确定可由《机械加工余量手册》中查出，其选用原则为：
a.应有充分的加工余量，加工余量应能保证得到图纸上所规定的表面粗糙度与精度；
b.决定加工余量时应考虑到零件的热处理时引起的变形，否则可能产生废品；
c.决定加工余量时应考虑到所采用的加工方法和设备，以与加工过程中零件可能发生的变形；
d.决定加工余量时应考虑到被加工零件的大小，零件越大，则加工余量也越大，因为零件的尺寸增大后，由切削力，应力等引起的变形的可能性也增加；
e.在考虑上述各项后，尽量采用最小的加工余量，以求缩短加工时间，并降低零件的制造费用。
加工余量应包括：
a.上工序的表面粗糙度（Ra）
b.上工序的表面破坏层（Da）
c.上工序的尺寸公差（Ta）
d.需要单独考虑的误差（ρa）
e.本工序的安装误差（εb）
实际生产中的加工余量，很少采用计算法，而大多是由工厂经验估计和查阅一般的机械加工手册决定，而本工艺规程加工余量的制定则参照《机械加工余量手册》而定。
在本工艺规程中，铸件采用机器造型，木模，精度等级选7级，查表12-2表12-3得：
毛坯件侧面、顶面的加工余量为4㎜，而底面有4㎜高的一个台阶面，考虑铸造方便，故其底面余量取大一些，使其表面为一平面，底面加工余量为8㎜；孔均为钻出。
绘制零件—毛坯综合图
零件—毛坯综合图详细见图纸。
2.4定位基准的选择：
1.粗基准的选择：
1）保证工件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则：
被加工零件上如有不加工表面应选不加工表面作粗基准，这样可以保证不加工表面对于加工表面具有较为精确的相对位置关系。
2）合理分配加工余量的原则：
从保证重要表面加工余量均匀考虑，应选择重要表面作粗基准。
3）便于装夹的原则：
为使工件定位稳定，夹紧可靠，要求所选用的粗基准尽可能平整、粗糙、不允许有锻造飞边、锻造浇冒口切痕或其它缺陷，并有足够的支撑面积。
4）粗基准不得重复使用的原则：
在同一尺寸方向上粗基准只允许使用一次。
2.精基准的选择原则：
1）基准重合原则应尽可能选择被加工表面的设计基准为精基准，这样可以避免由于基准不重合引起的定位误差。
2）统一基准原则应尽可能选择用同一组精基准加工工件上尽可能多的加工表面，以保证各加工表面之间的相对位置关系。
3）互为基准原则当工件上两个加工表面之间位置精度要求比较高时，可以采用两个加工表面互为基准反复加工的方法。
4）自为基准原则一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均匀，常以加工表面自身为基准。
2.5工艺方案的确定
根据工件材料性质和具体尺寸精度、粗糙度的要求，设计了两种工艺路线来达到加工目的：
方案一：
工序Ⅰ
粗铣—半精铣F面
粗铣—半精铣—精铣AC1面
粗铣—半精铣—精铣AC2面
工序Ⅱ
以A、C面为精基准，
粗铣—半精铣D面
粗铣—半精铣E面
工序Ⅲ
钻—扩—铰B孔
工序Ⅳ
钻—扩—铰L孔
工序Ⅴ
钻H孔，锪G孔
工序Ⅵ
清除毛刺
方案二：
工序Ⅰ
以互为基准原则，
粗铣—半精铣D面
粗铣—半精铣E面
工序Ⅱ
以D面为主要基准，
粗铣—半精铣F面
粗铣—半精铣—精铣AC1面
粗铣—半精铣—精铣AC2面
工序Ⅲ
以D面为主要基准，
钻H孔，锪G孔
工序Ⅳ
以D面为主要基准，
钻—扩—铰B孔
工序Ⅴ
以D面为主要基准，
钻—扩—铰L孔
工序Ⅵ
清除毛刺
方案选择：
在工艺路线拟定中根据机加工工序的安排原则：
1先基准后其它原则
2先粗后精原则
3先面后孔原则
4先主后次原则
综合考虑，选择方案二更好。
《工艺卡》见附图6。
2.6工艺路线的拟定
在拟定工艺路线时，必须同时确定各工序所采用的机床，刀具，辅助设备与工艺装备，切削用量的选择和生产节拍的符合设计。
机床和工装的选择应尽量做到合理，经济，使之与被加工零件的生产类型，加工精度和零件的形状尺寸相适应。
一）机床的选择（见《金属机械加工工艺人员手册》P522）
1机床的加工规格围应与零件的外部形状，尺寸相适应。
2机床的精度应与工序要求的加工精度相适应
3机床的生产率应与被加工零件的生产类型相适应。
大批量生产尽量选用生产率高的专用机床，组合机床或自动机床。
4机床的选择应与现有条件相适应。
做到尽量发挥现有设备的作用，并尽量做到设备负荷平衡。
按照加工过程中每道工序的有效功率，选择工序Ⅰ、工序Ⅱ的加工机床为：
X5032型立式升降台铣床。
工序Ⅲ、工序Ⅳ、工序Ⅴ的加工机床为：
Z525立式钻床。
二）刀具的选择（《金属机械加工工艺人员手册》P802）
刀具的选择也包括刀具的类型，构造和材料的选择，主要应根据加工方法、工序应达到的加工精度、粗糙度、工件的材料形状、生产率和经济性等因素加以考虑，原则上尽量采用标准刀具，必要时采用各种高生产率的专用刀具。
本工艺中铣削的工序都采用YG类硬质合金刀具。
YG类硬质合金刀具的韧性较好，但切削韧性材料时耐磨性和耐热性较差。
所以，目前YG类硬质合金适用于加工铸铁、青铜等脆性材料。
常用牌号有：
YG3、YG6、YG8等，其中数字表示Go的含量。
铣刀直径的选择：
D=（1.4～1.6）ae
D-----铣刀直径
ae---铣削宽度
工序Ⅰ
D=1.4×ae=1.4×88=123mm
考虑到机床功率，切削力矩，铣削效率的影响，
选D=100mm,细齿，齿数Z=10，YG8硬质合金面铣刀
工序Ⅱ
Ⅱ-1-1，Ⅱ-1-2
D=1.4×ae=1.4×140=196mm
选D=160mm,中齿，齿数Z=10，YG8硬质合金面铣刀
Ⅱ-1-3至Ⅱ-1-8
选D=100mm，中齿，齿数Z=6，YG8硬质合金面铣刀，
孔加工中刀具的选择主要根据被加工孔的直径大小来选择。
三）夹具的选择（《金属机械加工工艺人员手册》P630）
正确设计和使用夹具，对保证加工质量和提高生产效率、扩大机床使用围既减轻劳动强度都有重要意义。
同时，使用夹具还有助于工人掌握复杂或精密零件的加工质量与解决较为复杂的工艺问题等。
具体情况见后面的夹具设计部分。
四）量具的选择
1量具的选择应做到量具的精度应与零件的加工精度相适应。
2量具的量程应与被测零件的尺寸大小相适应。
3量具的类型应与被测表面的性质（孔或外圆尺寸还是形状位置值）、生产类型、生产方式相适应。
4按量具的极限尺寸选择量仪时应保证：
T×K
T—被测尺寸的公差值（mm）
K—测量精度系数
—测量工具和测量方法的极限误差
测量精度系数表2-5-1
被测尺寸的精度等级
IT5
IT6
IT7
IT8
IT9
K
0.325
0.30
0.275
0.25
0.20
五）加工面尺寸的确定
1.工序Ⅰ
宽：
B=4+65+38／2=88mm
长：
L=140+140+20=300mm（20—两个工位间的距离）
查《金属机械加工工艺人员手册》，
切入：
L1=25mm
超出：
L2=3mm
计算长度：
L计=L+L1+L2=300+25+3=328mm
2.工序Ⅱ
Ⅱ-1-1
宽：
B=140mm
长：
L=30mm
切入：
L1=2mm
超出：
L2=3mm
计算长度：
L计=L+L1+L2=30+2+3=35mm
Ⅱ-1-2
宽：
B=（140-110）／2+21=36mm
长：
L=30mm
切入：
L1=4mm
超出：
L2=3mm
计算长度：
L计=L+L1+L2=30+4+3=37mm
Ⅱ-1-3
宽：
B=140-36-18=86mm
长：
L=30mm
切入：
L1=25mm
超出：
L2=3mm
计算长度：
L计=L+L1+L2=30+25+3=58mm
3.工序Ⅲ
Ⅲ-1-1
直径：
d=11mm
长：
L=20mm
切入：
L1=5mm
超出：
L2=2mm
计算长度：
L计=L+L1+L2=20+5+2=27mm
Ⅲ-1-2
直径：
d=17mm
长：
L=11mm
切入：
L1=2mm
超出：
L2=1mm
计算长度：
L计=L+L1+L2=11+2+1=14mm
4.工序Ⅳ
Ⅳ-1-1
直径：
d=18mm
长：
L=80mm
切入：
L1=7mm
超出：
L2=3mm
计算长度：
L计=L+L1+L2=80+7+3=90mm
Ⅳ-1-2
直径：
d=19.8mm
长：
L=80mm
切入：
L1=2mm
超出：
L2=1mm
计算长度：
L计=L+L1+L2=80+2+1=83mm
Ⅳ-1-3
直径：
d=20mm
长：
L=80mm
切入：
L1=2mm
超出：
L2=1mm
计算长度：
L计=L+L1+L2=80+2+1=83mm
5.工序Ⅴ
Ⅴ-1-1
直径：
d=17mm
长：
L=30mm
切入：
L1=7mm
超出：
L2=3mm
计算长度：
L计=L+L1+L2=30+7+3=40mm
Ⅴ-1-2
直径：
d=17.85mm
长：
L=30mm
切入：
L1=2mm
超出：
L2=1mm
计算长度：
L计=L+L1+L2=30+2+1=33mm
Ⅴ-1-3
直径：
d=18mm
长：
L=30mm
切入：
L1=2mm
超出：
L2=1mm
计算长度：
L计=L+L1+L2=30+2+1=33mm
六）切削用量的确定
正确的选择切削用量，对保证零件的加工精度、提高生产率、降低刀具的损耗以与降低工艺成本都有很大的意义。
切削用量的选择与下列因素有关：
1生产率
2加工质量（主要指表面粗糙度）
3切削力所引起的机床―夹具―工件―刀具工艺系统的弹性变形
4工艺系统的振动
5刀具的耐用度，v越大，耐用度越低
选用原则：
a.先尽量选取大的ap值
b.其次尽量取大的s值
c.最后取合适的v值
（一）切深ap的选择
一般平面的加工分为粗加工—半精加工—精加工的切深一般等于它的加工余量，而粗加工在留有精加工余量外，应尽量取较大的切深，以一次加工切削其加工余量的为最佳。
在本次设计中所有的切深均等于其加工余量，其走刀次数也因而全部为一次走刀。
（二）进给量s的确定
在切深确定后，其进给量s应尽量取大值，但应保证两个基本要求：
a.因切削力所引起的工艺系统的弹性变形不至于使工件的加工尺寸超出公差围。
b.表面粗糙度要求
粗加工时，主要是工艺系统变形限制s，而粗糙度的要求不高；
精加工时，粗糙度要求限制s，而工艺系统变形是次要的，s可根据切深ap、粗糙度要求，加工方法从工艺人员手册中查出。
（三）切削速度v的选择
切削速度v的选择根据能最大发挥刀具的切削性能（不使刀具磨损太快），尽可能发挥机床的性能（机床的功率）。
并且可以很好地保证加工质量（主要是加工表面的粗糙度要求）和降低加工成本（从提高生产率和减小刀具损耗的角度考虑）。
一般的加工方法，如钻、扩、铰、铣、镗的切削用量均可以从手册中查出其围，再由具体的加工环境，加工方法等确定其具体数值。
而大量生产中所应用的流水线的切削用量的选择则有其自身的特点：
1．比普通机床的切削用量约低30％，以减少换刀时间，和机床调整次数，
一般取刀具的耐用度为：
硬质合金铣刀200分
钻头300分
扩孔钻60分
铰刀70分
镗刀60分
丝锥90分
2.在服从机床本身某一参数下（多数为每分进给量，因组合专用机床的动力头的运动为一定的），兼顾同时工作的不同刀具的合理要求，如孔的一般加工为钻、扩、铰，钻孔的v较高，而扩、铰的略低，但由于机床动力头的运动是一定的，因而可以适当降低钻头的v，而扩、铰的可以适当增加，以求得最高的生产率。
3.切削用量的选择应使每道工序的时间与流水线节拍相等或小于流水线节拍，并使各道工序的时间定额相接近。
计算过程
工序Ⅰ
Ⅰ-工位1-1粗铣D面至35，E面至32,Ra12.5
查表，估算：
刀具直径D=100mm
齿数Z=10
刀具耐用度T=200分
切深ap=3mm
刀具每齿进给fz=0.3mm／齿
切削宽度ae=88mm
切削速度：
V=368·D0.2／（T0.32·ap0.15·fz0.35·ae0.2）
=368
1000.2／（2000.32
30.15
0.30.35
880.2）
=89.55m／min
每分钟转速：
n=1000v／3.14d
=1000
89.55／（3.14
100）
=285.2r／min
查手册,按机床实际转速选取,取235r／min
按此转速调整机床主轴转速,则实际切削速度为:
V=3.14dn／1000
=3.14×100×235／1000=79.9m／min
每转进给:
f1=fz·Z=0.03×10=3mm／r
每分钟进给:
机床转速235r／min对应的进给量为190mm／min,则
f2=190mm／min
有效功率:
P=2.66×10-5·ap0.9·fz0.74·ae·Z·n
=2.66×10-5×30.9×0.30.74×88×10×235
=6.07kw
Ⅰ-工位2-2半精铣D面至31，E面至30,Ra6.3
查表，估算：
刀具直径D=100mm
齿数Z=10
刀具耐用度T=200分
切深ap=1mm
刀具每齿进给fz=0.2mm／齿
切削宽度ae=88mm
切削速度：
V=368·D0.2／（T0.32·ap0.15·fz0.35·ae0.2）
=368×1000.2／（2000.32×10.15×0.20.35×880.2）
=121.7m／min
每分钟转速：
n=1000v／3.14d
=1000×121.7／（3.14×100）
=387.6r／min
查手册,按机床实际转速选取,取300r／min。
按此转速调整机床主轴转速,则实际切削速度为:
V=3.14dn／1000
=3.14×100×300／1000=94.2m／min
每转进给:
f1=fz·Z=0.2×10=2mm／r
每分钟进给:
机床转速300r／min对应的进给量为235mm／min,则
f2=235mm／min
有效功率:
P=2.66×10-5·ap0.9·fz0.74·ae·Z·n
=2.66×10-5×10.9×0.20.74×88×10×300
=2.1kw
工序Ⅱ
Ⅱ-1-1粗铣F面至25,Ra12.5
查表，估算：
刀具直径D=160mm
齿数Z=10
刀具耐用度T=200分
切深ap=3mm
刀具每齿进给fz=0.3mm／齿
切削宽度ae=140mm
切削速度：
V=368·D0.2／（T0.32·ap0.15·fz0.35·ae0.2）
=368×1600.2／（2000.32×30.15×0.30.35×1400.2）
=89.65m／min
每分钟转速：
n=1000v／3.14d
=1000×89.65／（3.14×160）
=178.4r／min
查手册,按机床实际转速选取,取150r／min
按此转速调整机床主轴转速,则实际切削速度为:
V=3.14dn／1000
=3.14×160×150／1000=75.36m／min
每转进给:
f1=fz·Z=0.3×10=3mm／r
每分钟进给:
机床转速150r／min对应的进给量为118mm／min,则
f2=118mm／min
有效功率:
P=2.66×10-5·ap0.9·fz0.74·ae·Z·n
=2.66×10-5×30.9×0.30.74×140×10×150=6.16kw
Ⅱ-1-2半精铣F面至24,Ra6.3
查表，估算：
刀具直径D=160mm
齿数Z=10
刀具耐用度T=200分
切深ap=1mm
刀具每齿进给fz=0.2mm／齿
切削宽度ae=140mm
切削速度：
V=368·D0.2
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